Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Szupravezetők műszaki alkalmazásai II Balázs Zoltán Főiskolai adjunktus BMF. Mikroelektronika Intézet.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Szupravezetők műszaki alkalmazásai II Balázs Zoltán Főiskolai adjunktus BMF. Mikroelektronika Intézet."— Előadás másolata:

1 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II Balázs Zoltán Főiskolai adjunktus BMF. Mikroelektronika Intézet

2 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  Szupravezető szalagok és filmek

3 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II Néhány HTS szupravezető anyag kritikus hőmérséklete Néhány HTS szupravezető anyag kritikus hőmérséklete 2-es típusú szupravezetők 3. csoport/kerámiák T C  Hg 0,8 Tl 0,2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 8,33 138K  HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 133K  HgBa 2 Ca 3 Cu 4 O K  Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O K  Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O K  YBa 2 Cu 3 O 7 93K  Y 2 Ba 4 Cu 7 O 15 93K

4 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s1. ábra Az YBa 2 Cu 3 O 7-8 (YBCO) a leggyakrabban alkalmazott HTS szupravezető anyag.  Jellemzői:  T C =90-93K  H C1 =10mT  H C2 =300T  Kristályszerkezete:

5 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  Szupravezető vékonyfilm gyártási módszerei:  - In-situ: a réteg növesztése után az elkészített film további gyártási tevékenység nélkül, hűtés után szupravezető állapotba vihető. A növesztés során a rétegbe bevitt anyag a szupravezető kristályrács valamennyi összetevőjét megfelelő összetételben tartalmazza.

6 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  Szupravezető vékonyfilm gyártási módszerei:  - Ex-situ: a réteg növesztése után az elkészített filmen még egy gyártási tevékenységet kell elvégezni. A növesztés során a rétegbe bevitt anyagok a szupravezető kristályrács összetevői közül az oxigént nem tartalmazzák, így azt egy újabb gyártási fázisban diffúzióval juttatják be a kristályrácsba.

7 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II o s2. ábra Első generációs vékonyfilm szerkezetű HTS /YBCO bevonatú/ szalag gyártása: - Extrudálással és henger- léssel kialakítják a vezeték hordozó szalagját - A fenti műveletek során átalakult kristályszerke- zetet hőkezeléssel újra- kristályosítják a kívánt szerkezetre. /felső ábra/ - Oxidréteget hoznak létre a flexibilis hordozórétegen /alsó ábra/

8 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II o s3. ábra Első generációs vékonyfilm szerkezetű HTS szalag gyártása: - a szupravezető alapanyag felvitele a hordozóra /felső ábra/ - Hőkezeléssel a kívánt kristályszerkezet kiala- kítása valamint az oxi- dációs folyamat végig- vitele. /alsó ábra/

9 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II o s4. ábra Első generációs vékonyfilm szerkezetű HTS vezeték gyártása: - A szupravezető szalag méretre darabolása. Az YBCO technológiával gyártott szupravezető vezetékek jelenleg csak laboratóriumi felhasználásra készülnek. Ezen vezetékek igen nagy áramok átvitelére alkalmasak, de a jelenlegi technikával csak rövid vezetékdarabok gyárthatók. back to top

10 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s5. ábra Második generációs HTS vezetőfilm szerkezete.

11 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s6. ábra A második generációs szupravezető szalag gyártási szempontjai

12 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s7. ábra Rétegnövesztés idődiagramja.  a.) standard LAO vagy STO szubsztráton  b.) szilikon szubsztráton

13 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s8. ábra A kész szupravezető szalag.

14 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s9. ábra A szupravezető szalag kritikus áramerőssége a szalaggal párhuzamos mágneses térben. I Cmin (77K, csak saját mágneses tér) =115A Je=12700 A/cm 2

15 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s10. ábra A szupravezető szalag kritikus áramerőssége a szalag síkjára merőleges mágneses térben. Átlagos vastagsága: 0,22mm Maximális szalaghossz: 800m

16 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  Vékonyfilm rétegnövesztési technikák:  -MBE:molecular beam epitaxy- folyamatos molekula sugárnyaláb építi fel a megfelelő rétegvastagságot. Az alapanyag elgőzölög- tetése hozza létre a nyalábot. Jól szabályozható folyamat, jó minőség.  -ALE:atomic layer epitaxy – az MBE különleges változata: az összetevő atomok áramlásának egymást követő ki- és bekapcsolása építi a réteget.

17 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  Vékonyfilm rétegnövesztési technikák:  -CVD:chemical vapor deposition – két vagy több gázhalmazállapotú összetevő kémiai reakciója hozza létre a réteget a forró szubsztrát felületén.  -PLD:pulsed laser deposition – 2Hz körüli frekvenci- ával pulzáló lézer sugár párologtatja el a alapanyagot. Az eljárás különösen alkalmas többkomponensű réteg növesztésére. YBCO rétegnövesztés leggyakoribb módszere.

18 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s11. ábra Három, nagy felületen alkalmazható PLD növesztési technika:  a.) excentrikus PLD  b.) forgó-haladó PLD  c.) lézer sugár pásztázó PLD

19 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s12. ábra A növesztett réteg minőségét javítja ha a target (a szupravezető anyagot emmitáló eszköz) imbolygó mozgást végez.

20 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s13. ábra A szupravezető réteg kialakulása a szubsztrát réteg felületén.

21 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s14. ábra Vékonyfilm gyártási profiljai  a.) Φ100mm film növesztése Off-axis módszerrel  b.) Φ50mm film növesztése T-R módszerrel  c.) Φ150mm film növesztése pásztázó lézernyalábbal

22 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s15. ábra Szupravezető film gyártó PLD berendezés vázlatos képe:

23 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  s16. ábra A növesztett rétegek mikroszkopikus fényképe.

24 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  Digitális technika szupravezető eszközökkel

25 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d1. ábra Az YBCO eszközök jellemzői: - kis ellenállás, - alacsony teljesítmény felvétel, nagy működési sebesség - igen nagy pontosság: feszültség standard, DAC, ADC - alacsony működési zaj

26 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d2. ábra A Josephson átmenet működésének magyarázata az alagúthatás segítségével. A képen a Cooper párok hullámfüggvénye látható.

27 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d3. ábra A Josephson átmenet áram-feszültség karakterisztikája.

28 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d4. ábra A Josephson átmenet a szupravezető digitális áramkörök alapvető építő eleme.

29 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d5. ábra A digitális áramköri elemek alapkapcsolása: a.) az alapelem kapcsolási vázlata b.)a reteszelt logikai elem (latching logic) I-U hiszterézises görbéje c.)az RSFQ (rapid single flux quantum logic) logikai elem I-U görbéje d.) az RSFQ elem SFQ kimeneti jele és fázisugrása.

30 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d6. ábra Niobium alapanyagú, LTS, alacsony hőmérsékletű szupravezetőből kialakított Josephson átmenet.  A gát anyaga alumíniumoxid.  SIS szerkezet

31 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d6. ábra HTS, magas hőmérsékletű szupravezetőből kialakított Josephson átmenetek.  A gát anyaga normál állapotú fém.  SNS szerkezet.

32 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d7. ábra Edge S-N-S mikroszkopikus képe és áram- feszültség görbéje.

33 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d8. ábra Josephson átmenet, edge S-N-S kialakításának technológiai lépései egy integrált áramkörben.

34 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II d9. ábra Az RFSQ áramkörök alapelemei: - Josephson transmission line JTL: jelátviteli egység - jelosztó JTL - egy egyszerű tároló egység

35 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II d10. ábra Az RFSQ áramkörök alapelemei: - R-S flip-flop alapkapcsolása - R-S flip-flop alapkapcsolása SFQ/DC átalakítóval

36 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d11. ábra RFSQ elemi cella és a jelek időbeli sorrendje.

37 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d12. ábra SFQ logikai bit energia tartalma.

38 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d13. ábra Josephson – CMOS hibrid memória felépítése.

39 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d14. ábra Egy RSFQ logikai kapu fizikai elrendezése az integrált áramkörben.

40 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d15. ábra Nagy sebességű RSFQ áramkörökkel elért működési frekvenciák és gyártó cégük.

41 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d16. ábra SQUID-Superconducting QUantum Interference Device- szupravezető kvantum interferencia berendezés működésének alapelve.

42 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d17. ábra A SQUID kritikus áramának függése a mágneses tér indukciójától.

43 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d18. ábra A mágneses tér csatolása a SQUID érzékelőhöz

44 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d19. ábra Különböző orvosi műszerek érzékelési tartománya

45 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d20. ábra 151 csatornás magnetoencefalográf

46 Szupravezetők műszaki alkalmazásai II  d21. ábra Magnetoencefalográf működés közben


Letölteni ppt "Szupravezetők műszaki alkalmazásai II Balázs Zoltán Főiskolai adjunktus BMF. Mikroelektronika Intézet."

Hasonló előadás


Google Hirdetések